通信電源、機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化和升級

課題的發(fā)現(xiàn)與討論

1. 課題的提出
   
   電源、機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，將原來相對分散的各個(gè)機(jī)房的電源、空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中，方便了監(jiān)控。然而隨著我國通信事業(yè)的發(fā)展，通信布局從原來的大型母局式轉(zhuǎn)變到接入設(shè)備更靠近用戶的模塊局方式，模塊局的數(shù)量逐年遞增，監(jiān)控中心通信服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載能力基本上已經(jīng)達(dá)到了滿負(fù)荷。另外，隨著電源技術(shù)的發(fā)展，智能化的設(shè)備也要求接入到系統(tǒng)中，這就帶來了系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，查詢歷史數(shù)據(jù)時(shí)間太長以及頻繁告警等問題。因而，對電源、機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和升級勢在必行。
   
2. 現(xiàn)有系統(tǒng)分析
   
   通信電源、機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下問題：
   
   首先，系統(tǒng)運(yùn)行以數(shù)據(jù)庫為核心，要求中心數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)更新，這就造成了對中心數(shù)據(jù)庫的訪問過于頻繁，壓力過大。
   
   其次，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是下端前置設(shè)備和上端管理節(jié)點(diǎn)的連接通道，如果它出現(xiàn)問題，會引起系統(tǒng)的癱瘓。
   
   最后，現(xiàn)有的通信服務(wù)器數(shù)量雖多，但它們之間不能進(jìn)行靈活的切換。這樣造成了兩方面問題，一是系統(tǒng)的中心通信服務(wù)器主備用功能不強(qiáng)；二是可能出現(xiàn)中心通信服務(wù)器的負(fù)載不均衡現(xiàn)象，當(dāng)大多數(shù)端局都連在一個(gè)通信服務(wù)器上時(shí)，就會出現(xiàn)問題。

系統(tǒng)優(yōu)化和升級的具體操作

1. 改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
   
   目前的集中監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱：監(jiān)控系統(tǒng)）多采用兩級結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)監(jiān)控量越來越大。
   
   
   
   圖1 目前監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
   
   
   因此，我們采用三層結(jié)構(gòu)（見圖2），即市中心（SC）層、區(qū)域中心（SS）層和監(jiān)控單元（SU）層，各層的軟件通過數(shù)據(jù)交換協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)電源、機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控的要求。區(qū)域中心（SS）設(shè)在集中監(jiān)控中心（SC）下，它所監(jiān)控的范圍是所在工作區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)的動力設(shè)備及環(huán)境。在此層，設(shè)置主備兩臺服務(wù)器，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，并能任意增加區(qū)域監(jiān)控終端和統(tǒng)計(jì)管理終端。同時(shí)，它還負(fù)責(zé)處理各通信局（站）監(jiān)控單元（SU）采集來的數(shù)據(jù)，并將處理過的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，以緩解監(jiān)控中心的壓力，提高了系統(tǒng)查詢、下發(fā)數(shù)據(jù)的運(yùn)行速度。
   
   
   
   圖2 改造后的結(jié)構(gòu)圖
   
   
   這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：
   
   1. 組網(wǎng)方便、靈活，大大減輕了中心的負(fù)荷壓力，解決了系統(tǒng)瓶頸問題。
      
   2. 物理區(qū)域分布，使一個(gè)區(qū)域節(jié)點(diǎn)故障不會影響其他區(qū)域節(jié)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性。
      
   3. 系統(tǒng)接入能力強(qiáng)，理論上可以無限接入，并可組成多級結(jié)構(gòu)，可在監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)任意地點(diǎn)安裝監(jiān)控終端。
      
2. 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，修改表結(jié)構(gòu)
   
   數(shù)據(jù)庫開銷中的90%以上都是重復(fù)信息。系統(tǒng)升級后，對這些信息進(jìn)行了過濾，減輕了系統(tǒng)的負(fù)荷。
   另外，由于監(jiān)控規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成了數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)庫表，不易于管理。針對這個(gè)問題，我們采用了更先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。具體操作是：取消端局分表結(jié)構(gòu)，將端局表合并為一個(gè)表，包括主機(jī)表、機(jī)房表、設(shè)備表、設(shè)備狀態(tài)表等。修改后的數(shù)據(jù)庫表增加了表的檢索能力和檢索速度。
   
3. 修改告警數(shù)據(jù)傳輸方式
   
   目前監(jiān)控系統(tǒng)告警查詢采取查告警表的方式，導(dǎo)致告警表的任務(wù)異常繁忙，嚴(yán)重時(shí)會影響監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。
   
   升級后，通過軟件與監(jiān)控模塊建立的通信協(xié)議機(jī)制，不斷的輪詢，判斷接收數(shù)據(jù)的合理性或?qū)⒔拥降目刂茢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控模塊能識別的控制命令。通信服務(wù)器到監(jiān)控中心主機(jī)的告警采用通知方式，告警反應(yīng)時(shí)間比原來更快。具體操作是：
   
   監(jiān)控工作站增加服務(wù)端口（3388），負(fù)責(zé)接收告警、門禁及操作記錄等信息。告警信息由通信服務(wù)程序直接傳送到監(jiān)控工作站，不再通過報(bào)警表傳遞。
   
   通信服務(wù)器程序服務(wù)端口（8300）增加功能，提供告警、門禁及操作記錄等信息。監(jiān)控工作站的更具情況可直接向通信服務(wù)程序查詢。
   
4. 歷史數(shù)據(jù)傳輸
   
   目前的歷史數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間太過集中，造成整點(diǎn)時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫繁忙，并存在歷史數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。
   
   升級后，每個(gè)局的歷史數(shù)據(jù)在不同時(shí)刻傳輸，傳送時(shí)刻由系統(tǒng)采用隨機(jī)數(shù)方法產(chǎn)生。此外，在監(jiān)控前置機(jī)中給每一個(gè)歷史數(shù)據(jù)塊增加上傳標(biāo)志，標(biāo)明該歷史數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)成功上傳；如上傳失敗，則繼續(xù)將歷史數(shù)據(jù)上傳到通信服務(wù)器。
   
   同樣，電池曲線也增加上傳標(biāo)志，以保證電池曲線在上傳失敗后能繼續(xù)上傳到通信服務(wù)器。
   
5. 配置表同步
   
   現(xiàn)運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)監(jiān)控部分之間缺乏配置同步機(jī)制，維持系統(tǒng)配置一致比較麻煩。
   
   針對這一問題，我們建立了配置表同步機(jī)制。配置同步的邏輯采用自頂向下的方式，首先由監(jiān)控工作站或管理工作站開始，先將配置更改信息寫入數(shù)據(jù)庫操作記錄表，然后由通信服務(wù)器讀入配置更改信息，再由通信服務(wù)器將此信息發(fā)送給監(jiān)控前置機(jī)。監(jiān)控工作站采取查操作記錄表方式更新本機(jī)配置。
   自動配置更新可按如下層次更新，包括：端局層、機(jī)房層、監(jiān)控器層、設(shè)備層、變量層。
   
6. 遠(yuǎn)程控制
   
   本系統(tǒng)采用TCP/IP作為基本的通信協(xié)議，但現(xiàn)有遠(yuǎn)程控制都通過通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫中轉(zhuǎn)，過于依賴中心服務(wù)器，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)以下問題：
   
   1、控制信息回饋不及時(shí)，不能準(zhǔn)確提示控制成敗標(biāo)志。
   2、延長了控制操作的時(shí)間，存在控制不及時(shí)的隱患。
   3、數(shù)據(jù)庫或通信服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)，不能執(zhí)行遠(yuǎn)程控制操作。
   
   升級后，改變遠(yuǎn)程控制邏輯，由監(jiān)控工作站直接控制監(jiān)控前置機(jī)。這樣帶來了以下好處：
   
   1、控制操作執(zhí)行速度快，不存在延時(shí)問題。
   2、信息回饋準(zhǔn)確及時(shí)。
   3、在通信服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題時(shí)，不影響遠(yuǎn)程控制操作。
   
7. 系統(tǒng)時(shí)間
   
   監(jiān)控前置機(jī)對時(shí)系統(tǒng)存在問題，有時(shí)會出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)間。針對這一問題，我們修改了系統(tǒng)對時(shí)邏輯。當(dāng)連續(xù)對時(shí)三次以上，不出現(xiàn)較大間隔時(shí)間誤差時(shí)，視為正確時(shí)間，否則視為錯(cuò)誤時(shí)間。最大誤差間隔時(shí)間可調(diào)，一般設(shè)為對時(shí)周期的2～5倍。
   
8. 告警過濾
   
   產(chǎn)生誤告警的幾種主要原因見表1。
   
   
   
   表1 產(chǎn)生誤告警原因列表
   
   
   系統(tǒng)某些誤告警不能屏蔽，會產(chǎn)生頻繁告警。通過以下操作，可減少系統(tǒng)誤告警數(shù)量。
   
   告警次數(shù)過濾：以超過告警線的次數(shù)來判斷是否產(chǎn)生告警/解除，當(dāng)連續(xù)n次以上超過告警線才產(chǎn)生告警/解除，否則視為誤告警處理。次數(shù)n可以設(shè)定為0～10；次數(shù)設(shè)為0時(shí)，視為告警次數(shù)過濾無效。
   
   告警延時(shí)過濾：以超過告警線的時(shí)間來判斷是否產(chǎn)生告警/解除，超過最大告警延時(shí)時(shí)間才產(chǎn)生告警/解除，否則視為誤告警處理。延時(shí)時(shí)間有效數(shù)據(jù)為0.5～60秒，超出此范圍視為告警延時(shí)無效；當(dāng)不使用告警延時(shí)功能時(shí)，應(yīng)設(shè)為0。
   
   告警死區(qū)過濾：當(dāng)監(jiān)控量超過告警線產(chǎn)生告警后，如果監(jiān)控量在告警線上下波動，沒有超過死區(qū)上下線，不產(chǎn)生重復(fù)告警及告警解除。告警死區(qū)設(shè)為0時(shí)，視為告警死區(qū)過濾無效。告警死區(qū)值根據(jù)具體情況指定，一般設(shè)為量程的2%左右。
   
   同時(shí)，系統(tǒng)只將對用戶有用的報(bào)警和事件記錄放入信息欄。
   
9. 復(fù)位控制
   
   針對目前監(jiān)控前置機(jī)在系統(tǒng)通信中斷時(shí)復(fù)位頻繁，造成硬盤等故障發(fā)生率提高的問題，我們在監(jiān)控前置機(jī)增加系統(tǒng)通信斷復(fù)位次數(shù)限制，避免系統(tǒng)頻繁重啟。次數(shù)可指定，默認(rèn)為3。
   
10. 智能化設(shè)備的接入
    
    升級后的監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對任意智能設(shè)備的接入，但相對于通信接口間的硬件轉(zhuǎn)換，通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換相對要復(fù)雜一些。其實(shí)現(xiàn)方式一是局方智能設(shè)備智能接口直接連接到監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式監(jiān)控設(shè)備上，由其將轉(zhuǎn)換過的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳送到上位機(jī)；二是直接將局方智能設(shè)備智能接口接到上位機(jī)上，通過軟件實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。無論是嵌入式監(jiān)控設(shè)備還是上位機(jī)，都可以根據(jù)智能設(shè)備及智能協(xié)議不同插入不同的協(xié)議模塊。
    
    監(jiān)控系統(tǒng)使用的軟件協(xié)議轉(zhuǎn)化器是在局站中心的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的，只占有很少的資源。它是一個(gè)小的轉(zhuǎn)換程序，在編寫時(shí)就能根據(jù)智能設(shè)備廠家提供的通信協(xié)議，將廠家提供的所有設(shè)備數(shù)據(jù)接入到監(jiān)控系統(tǒng)，可以方便我們詳細(xì)全面地了解智能設(shè)備的運(yùn)行狀況。
    
    但是，監(jiān)控系統(tǒng)不建議使用硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換器，因?yàn)檫@樣增加了成本，并且在通信鏈路上增加了一個(gè)環(huán)節(jié)，影響了系統(tǒng)的安全性。此外，由于這種硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換器是各個(gè)監(jiān)控廠家自己生產(chǎn)的，當(dāng)局端有新增設(shè)備時(shí)，會產(chǎn)生一系列問題。
    
11. 增加圖像監(jiān)控
    
    國家相關(guān)部門已下達(dá)機(jī)房改造的規(guī)定，一些大型的機(jī)房已慢慢成為無人職守型。為了保證上述機(jī)房的安全運(yùn)行要求，升級后的系統(tǒng)增加了圖像監(jiān)控功能，能夠隨時(shí)觀察到機(jī)房的運(yùn)行情況，并能得到相關(guān)的錄像資料。升級后的系統(tǒng)狀況如下。
    
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：采用三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括遠(yuǎn)程現(xiàn)場、監(jiān)控區(qū)域和監(jiān)控中心三級。
    
    傳輸方式：PCM-2M通信線路連接或采用E1抽時(shí)隙復(fù)用數(shù)據(jù)方式。
    
    監(jiān)控現(xiàn)場：每個(gè)現(xiàn)場可接若干臺攝像機(jī)，攝像機(jī)的鏡頭和云臺可控。
    
    告警聯(lián)動：可以任意監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場，并接收各現(xiàn)場的報(bào)警信息，及時(shí)切換至告警現(xiàn)場，并可將現(xiàn)場情況錄像。
    
12. 改進(jìn)圖形界面
    
    改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)圖形監(jiān)控界面具有組態(tài)功能，并提供了多種圖形控件，包括所需的組件和畫面制作向?qū)У?。界面中每一簡單的控?線條、文本、按鈕等)均有影響其外觀的屬性。其中靜態(tài)屬性在系統(tǒng)投入運(yùn)行后保持不變；動態(tài)屬性則隨系統(tǒng)運(yùn)行過程中I/O設(shè)備數(shù)據(jù)的變化而變化。動態(tài)屬性的組態(tài)過程即完成動畫連接，如果用戶對自動生成的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面不滿意，還可以進(jìn)行任意修改和編輯。在圖形界面上還根據(jù)用戶需要安置這些組件，如報(bào)警信息顯示，報(bào)表組態(tài)及打印，查詢和顯示等組件模塊。
    
13. 無線的人機(jī)界面
    
    針對當(dāng)前移動領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用情況，監(jiān)控系統(tǒng)具備了手機(jī)短信息模塊，可將各類型的報(bào)警信息即時(shí)傳送到相關(guān)維護(hù)人員，并可進(jìn)行簡單的交互控制。
    
14. 增加基于B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程WEB實(shí)時(shí)監(jiān)控
    
    B/S結(jié)構(gòu)，即Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)中間加上一層WEB服務(wù)層，把原來客戶機(jī)所的功能交給WEB服務(wù)層來實(shí)現(xiàn)。它有三層結(jié)構(gòu)：表示層（用戶界面），功能層（WEB服務(wù)器）和數(shù)據(jù)層（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）。與C/S結(jié)構(gòu)相比，B/S結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：
    
    (1） 用戶端只需安裝單一的瀏覽器軟件（如IE），界面統(tǒng)一，使用簡單。
    (2） 由于客戶端無須安裝專用軟件，系統(tǒng)升級時(shí)只需更新WEB服務(wù)端的軟件，使系統(tǒng)易于維護(hù)。
    (3） 采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，HTTP協(xié)議，有良好的廣域網(wǎng)支持，擴(kuò)展性好，易于實(shí)現(xiàn)多用戶監(jiān)控，信息共享程度高。
    
    采用B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程WEB監(jiān)控系統(tǒng)提供了完整清晰的動態(tài)監(jiān)控過程。頁面以秒為單位自動刷新。刷新時(shí)，整個(gè)文件重新執(zhí)行一次到數(shù)據(jù)庫的連接、查詢和顯示，能將數(shù)據(jù)的變化及時(shí)反映給用戶。通過屏幕流程圖數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)表格的配合使用，完成了對設(shè)備從整體到細(xì)節(jié)的監(jiān)控。

優(yōu)化和升級后系統(tǒng)的性能

1. 響應(yīng)速度
   
   升級后，監(jiān)控中心對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的響應(yīng)速度有了明顯的提高，報(bào)警數(shù)據(jù)從現(xiàn)場發(fā)生到監(jiān)控中心的反應(yīng)時(shí)間在10秒以內(nèi)。
   
2. 通信的主備路由功能
   
   系統(tǒng)升級后，增加了系統(tǒng)通信的主備路由功能，主服務(wù)器運(yùn)行主通信服務(wù)程序，備用服務(wù)器運(yùn)行備用通信服務(wù)程序。當(dāng)主服務(wù)器失效時(shí)，系統(tǒng)自動切換到備用服務(wù)器上，使用備用數(shù)據(jù)庫和備用通信服務(wù)程序。端局可以動態(tài)的接入任意一個(gè)中心通信服務(wù)器，由此在中心實(shí)現(xiàn)動態(tài)的負(fù)載均衡和通信備份功能，再不會因?yàn)槟骋慌_通信服務(wù)器的故障而使中心和端局的通信中斷。
   
   當(dāng)前通過97網(wǎng)接入的局向，可以配置一個(gè)撥號解調(diào)器，當(dāng)97網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，自動啟用撥號備用路由進(jìn)行通信。
   
3. 系統(tǒng)的擴(kuò)容能力
   
   當(dāng)前使用的系統(tǒng)，監(jiān)控中心的承載能力是有限的。系統(tǒng)升級后，系統(tǒng)構(gòu)架是專網(wǎng)，通過以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成三級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提供可擴(kuò)展光端口，而且是點(diǎn)對點(diǎn)樹狀結(jié)構(gòu)，有極強(qiáng)擴(kuò)展能力，不會產(chǎn)生傳輸瓶頸。
   
   區(qū)域中心可以隨時(shí)接入新的通信服務(wù)器分擔(dān)通信及數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際擴(kuò)容能力將不再受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的限制。
   
4. 監(jiān)控中心的兼容性
   
   系統(tǒng)升級后的通信服務(wù)器支持Unix、Redhat Linux平臺，因此不必再選用昂貴的Alpha服務(wù)器；甚至在規(guī)模較小時(shí)，可采用性能良好的PC做同心服務(wù)器。在規(guī)模較大的監(jiān)控系統(tǒng)中，可采用多通信服務(wù)器協(xié)同處理數(shù)據(jù)，這樣并不需要配置太高的服務(wù)器也能達(dá)到很高的處理能力和接入能力。
   
5. 數(shù)據(jù)庫的壓力減小
   
   系統(tǒng)升級后，監(jiān)控站和通信服務(wù)器對數(shù)據(jù)庫的連接數(shù)量和訪問次數(shù)減少，從而減輕數(shù)據(jù)庫的壓力，使系統(tǒng)接入能力大大增強(qiáng)。同時(shí)，數(shù)據(jù)表的數(shù)量的減少，方便了數(shù)據(jù)庫表的維護(hù)。

結(jié)論

通過對監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化和升級，監(jiān)控軟硬件更加趨于模塊化、組態(tài)化，使監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行速度、系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和可擴(kuò)容能力都有很大提高，人機(jī)界面更加好友。實(shí)現(xiàn)了無人值守，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，保證被監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行正常，達(dá)到提高效率、減員增效的目的。

參考文獻(xiàn)

1、郵電部電信總局 《通信電源、機(jī)房空調(diào)集中監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)要求》郵電部電信總局 ydn023-1996

2、計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范. GB/T12504-90

3、電網(wǎng)綜《1997》472號文. 通信電源、機(jī)房空調(diào)集中監(jiān)控管理系統(tǒng)暫行規(guī)定